基于多元統(tǒng)計(jì)分析的黃芩種苗分級(jí)方法研究

李云靜，張建逵，何婉婉，王 冰

（遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院， 遼寧 大連116600）

優(yōu)質(zhì)的中藥材種苗是藥材產(chǎn)量和質(zhì)量的重要保證，也是中藥材規(guī)范化生產(chǎn)的重要源頭。迄今為止，絕大部分中藥材種苗還沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，不能對(duì)市場(chǎng)上流通的種苗進(jìn)行有效的質(zhì)量控制。種苗的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究還處于剛剛起步的階段。只有人參，甘草，黃芪等少數(shù)幾個(gè)中藥材品種的種子種苗有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，致使各個(gè)栽培基地栽培的種苗質(zhì)量良莠不齊，嚴(yán)重妨礙了中藥材種苗的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。因此，開(kāi)展中藥材種子（苗）質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究的工作勢(shì)在必行，刻不容緩［1－2］。

黃芩為唇形科植物黃芩（Scutallaria baicalensis Georgi）的干燥根。味苦性寒。具有清熱燥濕，瀉火解毒，止血，安胎之功效。臨床上用于治療上呼吸道感染、泌尿系統(tǒng)感染、菌痢、肝炎、高血壓等癥。其主要有效成分為黃芩苷等黃酮類化合物［3］。目前市售黃芩藥材主要來(lái)自于栽培品種。關(guān)于黃芩種苗的研究文獻(xiàn)報(bào)道較多，但主要是關(guān)于黃芩幼苗脅迫以及栽培技術(shù)方面的研究［4－11］，對(duì)黃芩種苗分級(jí)研究的報(bào)導(dǎo)很少。各黃芩栽培產(chǎn)區(qū)的種苗大多無(wú)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這既不利于黃芩的規(guī)范化種植，也影響到黃芩藥材質(zhì)量與產(chǎn)量穩(wěn)定性和均一性。為此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)黃芩種苗的分級(jí)方法進(jìn)行研究，為黃芩藥材的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料

2014年5月分別在山東莒縣、陜西渭縣、北京門(mén)頭溝區(qū)、內(nèi)蒙古赤峰市、云南東川縣的黃芩栽培基地收集1年生的花前期種苗，每一批種苗均按對(duì)角線法采樣，隨機(jī)采取3次。以上材料均經(jīng)遼寧中藥大學(xué)王冰教授鑒定為唇形科植物黃芩（Scutallaria baicalensis Georgi）的種苗。

2 方法與結(jié)果

2．1 指標(biāo)測(cè)量方法［12］

選擇根系生長(zhǎng)正常，無(wú)機(jī)械損傷的種苗進(jìn)行試驗(yàn)，從每個(gè)產(chǎn)地隨機(jī)抽取種苗各50株，由于黃芩的主根明顯，側(cè)根與須根不明顯，地上植株1年更替1次，隨著植株的增長(zhǎng)，其葉片數(shù)與節(jié)數(shù)也不斷增加。所以選定測(cè)量每個(gè)樣品的指標(biāo)包括地下部分：根長(zhǎng)、根粗、鮮重；地上部分：節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、株高共8項(xiàng)指標(biāo)。用游標(biāo)卡尺測(cè)定其根長(zhǎng)、根粗（距根莖2．5cm處）、葉長(zhǎng)、葉寬，精確到0．1cm；用米尺測(cè)量其株高，精確到0．1cm，用電子天平測(cè)量其根重，精確到0．1g，得到250組數(shù)據(jù)。

2．2 種苗分級(jí)方法

2．2．1 相關(guān)分析［13］

應(yīng)用SPSS 17．0軟件對(duì)獲取的各性狀指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，根長(zhǎng)、根粗、節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、葉寬、株高、鮮重等7個(gè)指標(biāo)間均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（p＜0．01）。而葉長(zhǎng)與根長(zhǎng)、葉片數(shù)均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。這些指標(biāo)既包括地上部分的農(nóng)藝性狀，又包括地下部分的藥用部位性狀。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際采用根長(zhǎng)、根粗、節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、葉寬、株高、鮮重作為黃芩種苗質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)。

2．2．2 聚類分析

聚類分析是一種探索性聚類方法，將沒(méi)有分類信息的資料按相近或相似程度分類，距離最近或最相似的聚為一類，同一類中的個(gè)體有較大的相似性，不同類中的個(gè)體差異很大［14］。本實(shí)驗(yàn)用SPSS 17．0統(tǒng)計(jì)軟件，使用K－均值聚類分析方法并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，將所有樣品數(shù)據(jù)聚為三類。結(jié)果表明，第一級(jí)種苗質(zhì)量最好，包含58個(gè)樣品，占總數(shù)的23．2%，第二級(jí)種苗質(zhì)量較好，包含85個(gè)樣品，占總數(shù)的34%，第三級(jí)種苗質(zhì)量一般，包含107個(gè)樣品，占總數(shù)的42．8%。

將聚類后的各級(jí)種苗各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)求平均值，作為黃芩種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的參考值，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，擬定黃芩種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，同時(shí)又對(duì)各產(chǎn)地的各等級(jí)黃芩種苗分布比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

用SPSS 17．0統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)已經(jīng)分為三級(jí)的黃芩種苗上述指標(biāo)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)性與方差齊性，所以選擇Kruskal－Wallis H非參數(shù)檢驗(yàn)。結(jié)果均為p＝0．000，所以可認(rèn)為這三級(jí)黃芩種苗之間有極顯著的差異性。由此可見(jiàn)三級(jí)分類的準(zhǔn)確性。

由表3可知，一級(jí)種苗中，云南東川縣、陜西渭縣的種苗所占比例最高，均在44%以上；內(nèi)蒙古赤峰市與北京門(mén)頭溝區(qū)無(wú)一級(jí)苗。二級(jí)種苗中，陜西渭縣、山東莒縣、云南東川縣的種苗所占比例均在19%以上；內(nèi)蒙古赤峰市的種苗所占的比例最低。在三級(jí)種苗中，內(nèi)蒙古赤峰市與北京門(mén)頭溝區(qū)所占的比例最高，均在36%以上；云南東川縣、陜西渭縣所占的比例最低，均在2%以下。綜合來(lái)看，云南東川縣和陜西渭縣的種苗質(zhì)量最好。

表1 黃芩種苗各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù) （n＝250）

表2 黃芩種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（x ±S，n＝250）

表3 各產(chǎn)地的各等級(jí)黃芩種苗分布比例

2．2．3 判別分析

這是判別樣品所屬類型的一種統(tǒng)計(jì)方法，基本思想是用一批分類正確無(wú)誤的訓(xùn)練樣本，根據(jù)特定的測(cè)量指標(biāo)，建立判別函數(shù)和準(zhǔn)則，用于判別任意一個(gè)已知特定測(cè)量指標(biāo)取值，但分類未知的個(gè)體應(yīng)屬于哪一類［14］。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用 SPSS 17．0統(tǒng)計(jì)軟件，通過(guò) Bayes判別分析，使用上述7個(gè)指標(biāo)的特征值建立了一級(jí)，二級(jí)，三級(jí)黃芩種苗的Fisher判別函數(shù)（式1～式3），式中的 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7分別代表根長(zhǎng)，根粗，節(jié)數(shù)，葉片數(shù)，葉寬，株高，鮮重。將訓(xùn)練樣本回帶到公式中，判別正確率為100%，用交叉考核法對(duì)判別公式的準(zhǔn)確性進(jìn)行考核，準(zhǔn)確度均達(dá)到95%以上。因此，可認(rèn)為該公式可以用來(lái)進(jìn)行黃芩種苗分級(jí)的判別［14］。

2．3 田間栽培實(shí)驗(yàn)

栽培試驗(yàn)在遼寧中醫(yī)藥大學(xué)大連校區(qū)試驗(yàn)田進(jìn)行，于2014年5月將劃分等級(jí)后的種苗進(jìn)行田間栽培，苗間距為25～30cm，覆土厚度為10cm，黃芩種苗移栽后澆透水，之后只進(jìn)行常規(guī)田間除草，未施用任何肥料。于2015年10月，統(tǒng)計(jì)各等級(jí)種苗成活率，挖取試驗(yàn)田所有黃芩進(jìn)行指標(biāo)測(cè)量。采挖過(guò)程中應(yīng)小心采挖，盡量不要傷到其根部。同時(shí)，每等級(jí)分別隨機(jī)選取30個(gè)植株，對(duì)根長(zhǎng)、根粗，株高，鮮重等進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定結(jié)果如下表4所示。

表4 不同等級(jí)種苗的各指標(biāo)測(cè)定（x ±S，n＝30）

用SPSS 17．0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)上述3個(gè)等級(jí)的新種苗指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)性與方差齊性，選擇Kruskal－Wallis H非參數(shù)檢驗(yàn)。結(jié)果為根長(zhǎng)與鮮重p＝0．000，根粗p＝0．002，株高p＝0．04。可認(rèn)為這三級(jí)新種苗之間有極顯著的差異性。由此亦可以證明三級(jí)分類的準(zhǔn)確性。

將各個(gè)等級(jí)的各個(gè)指標(biāo)新種苗數(shù)據(jù)與原苗數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，因?yàn)楦鞯燃?jí)的種苗數(shù)據(jù)均不滿足正態(tài)性，所以選擇 Mann－Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果為：各級(jí)種苗根粗，株高與鮮重的p值均為0．000；所以各級(jí)之間的新苗與原苗根粗、株高與鮮重均有顯著性差異；二級(jí)、三級(jí)的種苗根長(zhǎng)p值分別為0．020，0．000，所以二級(jí)、三級(jí)的新、原種苗根長(zhǎng)有顯著性差異；只有一級(jí)根長(zhǎng)之間的比較p＝0．401＞0．05，故一級(jí)種苗的新苗根長(zhǎng)與原苗根長(zhǎng)之間無(wú)顯著性差異。

將各等級(jí)新種苗與藥用部位有關(guān)的根長(zhǎng)、根粗、株高、鮮重這4個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)與原種苗的這4個(gè)相同指標(biāo)數(shù)據(jù)的均值進(jìn)行比較，從而得出各等級(jí)的各指標(biāo)的增幅，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各級(jí)黃芩種苗各指標(biāo)的增幅均值

由表4，表5可知，種苗分級(jí)后，不同等級(jí)的黃芩種苗由于發(fā)育狀態(tài)不同，所以增幅亦不同，雖然一級(jí)種苗的根長(zhǎng)增加幅度不是最大，但是一級(jí)種苗的根粗、株高、鮮重增幅最大，而且成活率最高。再一次驗(yàn)證了一級(jí)種苗的質(zhì)量最好這一結(jié)論。

3 討論與結(jié)論

3．1 本實(shí)驗(yàn)所有的數(shù)據(jù)均采用了多元分析的方法，如采用了相關(guān)分析對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選；采用聚類分析對(duì)種苗進(jìn)行分級(jí)；采用判別分析對(duì)未知等級(jí)的種苗進(jìn)行歸級(jí)；采用非參數(shù)檢驗(yàn)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，這樣整個(gè)種苗的分級(jí)過(guò)程更加客觀、合理、科學(xué)，結(jié)果更為可靠。

3．2 本研究的結(jié)果表明，來(lái)自陜西渭縣和云南東川縣的黃芩栽培基地1年生黃芩種苗質(zhì)量較好，這與其種質(zhì)、栽培技術(shù)、管理方式等有關(guān)。其他栽培基地應(yīng)該加強(qiáng)品種選育、改進(jìn)栽培技術(shù)和加強(qiáng)管理等措施，提高一級(jí)苗的比例，降低三級(jí)苗的比例，從而提升黃芩種苗的整體質(zhì)量。

3．3 從統(tǒng)計(jì)結(jié)果所選擇的主要指標(biāo)來(lái)看，種苗的根部越長(zhǎng)越粗，植株地上部分長(zhǎng)得越高大，葉片數(shù)越多，葉片面積越大，進(jìn)而種苗的鮮重越大。而在實(shí)際選擇種苗的過(guò)程中，也應(yīng)該選擇根部粗壯，葉片茂盛的種苗，以保證有較高的成活率與產(chǎn)量，提高產(chǎn)業(yè)化收益。

3．4 本實(shí)驗(yàn)中，種苗的分級(jí)主要是基于其農(nóng)藝性狀開(kāi)展的，并采用了田間栽培試驗(yàn)加以驗(yàn)證，但由于黃芩正處于苗期，所以并未對(duì)其藥用部位的藥用價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此，在黃芩收獲期，需通過(guò)對(duì)其有效成分含量的測(cè)定來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證該分級(jí)方法的科學(xué)性。

3．5 本實(shí)驗(yàn)采用多元分析的方法，以根長(zhǎng)、根粗、節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、葉寬、株高、鮮重共7個(gè)指標(biāo)對(duì)黃芩種苗進(jìn)行分級(jí)，能夠?qū)ⅫS芩種苗分成三級(jí)。此方法制定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)、可行，可作為黃芩種苗的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，為黃芩藥材的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供參考。

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